[發(fā)明專利]一種由納米二氧化鈦制備微米級(jí)二氧化鈦顆粒的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810053487.8
• 申請(qǐng)日: 2018-01-19
• 公開（公告）號(hào): CN108203116B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張盈;鄭詩禮;朱小芳;房志剛;李慶;張洋;李平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院過程工程研究所
• 主分類號(hào): C01G23/047
• 分類號(hào): C01G23/047;C01G23/053
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發(fā)明提出一種由納米二氧化鈦制備微米級(jí)二氧化鈦顆粒的方法，具體地說是運(yùn)用金屬鋁粉、鎂粉、鈣顆粒等金屬還原劑熱化學(xué)還原納米二氧化鈦，實(shí)現(xiàn)納米二氧化鈦的化學(xué)改性，使納米二氧化鈦中難溶的四價(jià)鈦還原成易被稀酸溶解的低價(jià)鈦，低價(jià)鈦溶解至酸性溶液中后水解，通過控制鈦離子在酸性溶液中的水解行為而制得微米級(jí)二氧化鈦。采用本發(fā)明的方法可成功穩(wěn)定制得顆粒粗達(dá)20?60微米的、流動(dòng)性極好的微米級(jí)二氧化鈦。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化工冶金技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種由納米二氧化鈦制備微米級(jí)二氧化鈦顆粒的方法，具體地說是涉及一種運(yùn)用金屬熱還原實(shí)現(xiàn)納米二氧化鈦的化學(xué)改性，使納米二氧化鈦中難溶的四價(jià)鈦還原成易被稀酸溶解的低價(jià)鈦，低價(jià)鈦溶解至酸性溶液中后水解，通過控制鈦離子在酸性溶液中的水解行為而制得微米級(jí)二氧化鈦。

背景技術(shù)

鈦及鈦合金具有密度小、比強(qiáng)度高、生物相容性好和抗腐蝕性能好等一系列優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空航天、國防軍事、石油工業(yè)、海洋、能源、交通、化工等諸多領(lǐng)域。鈦雖然是地殼中含量最豐富的元素之一，但是全球金屬鈦的產(chǎn)量占鈦資源消耗量的份額卻很小，這主要是由于金屬鈦的現(xiàn)行提取方法能耗高、成本高，極大限制了金屬鈦相關(guān)產(chǎn)品的應(yīng)用，特別是民用行業(yè)，目前僅在高尖端的行業(yè)得到青睞。

現(xiàn)行金屬鈦的主流提取方法為Kroll法，即采用高純TiCl₄為原料，經(jīng)鎂熱還原、蒸餾提純、鎂電解循環(huán)等步驟而制得；其中高純TiCl₄的制備是采用富含TiO₂的鈦渣、高鈦渣等為原料，經(jīng)氯化/精餾提純而制得。雖然TiCl₄極易揮發(fā)、且具有強(qiáng)腐蝕性，其制備/存儲(chǔ)/輸送等對(duì)設(shè)備/系統(tǒng)要求極高，但它卻是目前金屬鈦生產(chǎn)過程中無法逾越的中間體，這是因?yàn)椋衡伵c氧具有極強(qiáng)的化學(xué)親和力，致使鈦氧化合物(包括二氧化鈦及各種低價(jià)鈦的氧化物)及鈦氧固溶體(具備鈦金屬結(jié)構(gòu)，但是氧在鈦中具有高溶解度)中氧的充分脫除異常困難，除非使用非常昂貴的化學(xué)還原劑金屬鈣等，這便使得“通過化學(xué)還原大宗的TiO₂原料來經(jīng)濟(jì)制備金屬鈦”成為不可能，迫不得已而轉(zhuǎn)向鈦渣先氯化脫氧除雜獲得高純TiCl₄的前驅(qū)體。

最近，本申請(qǐng)的發(fā)明人經(jīng)不懈努力，建立了氫氣協(xié)同鎂熱還原TiO₂制備低氧金屬鈦(HAMR)的新方法，該法在脫除金屬鈦中的晶格氧具有非常大的潛力，可從根本上避免各種強(qiáng)腐蝕性含氯介質(zhì)的循環(huán)。該法對(duì)前驅(qū)體TiO₂的要求包括高純度和合適的粒度。現(xiàn)行大宗TiO₂商品容易滿足純度的要求，但粒度卻集中在納米范圍(主要為迎合顏料用途，200-300nm)。若采用納米TiO₂顆粒為前驅(qū)體，那么還原過程中還原中間體不便與還原副產(chǎn)物分離，過程操作困難，且細(xì)顆粒的中間體容易引入更多的表面氧。因此，本發(fā)明提出一種由納米級(jí)二氧化鈦制備微米級(jí)二氧化鈦的方法，二氧化鈦的顆粒尺寸可增加到20-60μm，流動(dòng)性極好，有利于化學(xué)還原前的物料混合等各種操作，并極大增加了還原中間體的顆粒尺寸。雖然本發(fā)明采用的原料是納米二氧化鈦，但本發(fā)明的技術(shù)思路可完全推廣至各種富含TiO₂的原料，包括鈦鐵礦、鈦渣、高鈦渣、人造晶紅石等，進(jìn)而建立新的TiO₂制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種技術(shù)可行的由納米二氧化鈦制備微米級(jí)二氧化鈦顆粒的方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

一種由納米二氧化鈦制備微米級(jí)二氧化鈦顆粒的方法，是運(yùn)用金屬鋁粉、鎂粉、鈣顆粒等金屬還原劑熱化學(xué)還原納米二氧化鈦，實(shí)現(xiàn)納米二氧化鈦的化學(xué)改性，使納米二氧化鈦中難溶的四價(jià)鈦還原成易被稀酸溶解的低價(jià)鈦，低價(jià)鈦溶解至酸性溶液中后水解，通過控制鈦離子在酸性溶液中的水解行為而制得微米級(jí)二氧化鈦。其特征在于該方法的操作過程包括：

(a)將納米二氧化鈦和還原劑金屬粉按照一定的質(zhì)量比混合均勻，且納米二氧化鈦與還原劑金屬粉二者混合的質(zhì)量比為1:0.05～1:5；